吳之麗1，張偉2，閻海3，陳旭東4
(1.北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，北京100022；2.總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院，北京100028；
3.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京100085；4.濟(jì)南開(kāi)發(fā)區(qū)熱力公司，山東濟(jì)南250100)

　　摘　要：通過(guò)蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生柵藻(Scendesmus obliquus)和月形藻(Closteridium lunula)對(duì)銅的為期6 d的吸附實(shí)驗(yàn)，研究了藻類生長(zhǎng)同藻類對(duì)銅的吸附與解吸的關(guān)系。結(jié)果表明，這三種綠藻對(duì)銅的吸附是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的解吸能力強(qiáng)，而在穩(wěn)定生長(zhǎng)期的解吸能力變?nèi)酢?br> 　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)渭?xì)胞綠藻；銅；吸附；解吸
　　中圖分類號(hào)：X505
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)12-0018-03

Study on the Adsorption of Single Celled Green Algae on Copper
WU Zhi-li1,ZHANG Wei2,YAN Hai3，CHEN Xu-dong4

(1.School of Construction Engineering,Beijing Polytechnic University,Beijing 100022,China; 2.Beijing Special Engineering Design & Research Institute,Beijing 100028,China; 3.Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China; 4.Heat Supply Co.,Jinan Development Zone,Jinan 250100,China)

　　Abstract：Measurement was made for the adsorption of chlorella pyrenoidosa,Scendesmus obliquus and closteridium lunula on copper for a period of 6 days,in order to study the algae growth related to adsorption and desorption of algae on copper.The results show that　 adsorption of the three kinds of algae on copper is a dynamic balance process.They have strong desorption capability in log growth phase,which becomes weaker in stationary growth phase.
　　Keywords:single celled green algae;copper;adsorption;desorption

　　銅是動(dòng)、植物生長(zhǎng)所必需的微量元素之一，但過(guò)量的銅會(huì)對(duì)動(dòng)、植物產(chǎn)生毒害，而且會(huì)在生物鏈中不斷地累積，從而危及人類的身體健康。單細(xì)胞藻類的細(xì)胞表面含S、N、O的基團(tuán)對(duì)金屬有很大的親和性，所以它可以有效地從外部環(huán)境中富集重金屬和放射性物質(zhì)，而且吸附容量較大、涉及的機(jī)理較多，包括依賴于新陳代謝的過(guò)程和不依賴于新陳代謝的過(guò)程^［1］。由于利用生物吸附可以從廢水中去除有毒金屬和放射性物質(zhì)，從而使之無(wú)毒化并安全排放^［2］，因此關(guān)于藻類對(duì)重金屬吸附的研究國(guó)內(nèi)外已有較多報(bào)道，現(xiàn)通過(guò)單細(xì)胞綠藻對(duì)銅的長(zhǎng)期吸附實(shí)驗(yàn)，從而研究藻類對(duì)銅的吸附與生長(zhǎng)的關(guān)系，以便為以后的實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用提供依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料
　　試劑及藻種：氯化銅(分析純)為北京化工廠生產(chǎn)；蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生柵藻(Scendesmus obliquus)和月形藻(Closteridium lunula)均購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，實(shí)驗(yàn)前需經(jīng)預(yù)培養(yǎng)。
1.2　實(shí)驗(yàn)條件及方法
　　①培養(yǎng)基。采用水生4號(hào)培養(yǎng)基^［3］，將其初始pH值調(diào)至7.0，初始藻接種液的光密度(OD650 nm)為0.010。
　　②實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)基和器皿都經(jīng)過(guò)高溫滅菌消毒，實(shí)驗(yàn)前又在潔凈工作臺(tái)內(nèi)經(jīng)過(guò)了30 min的紫外線照射滅菌。實(shí)驗(yàn)容器為100 mL三角瓶，培養(yǎng)量為25 mL，平行樣3個(gè)。實(shí)驗(yàn)溫度為24 ℃，光照度為4 000 lx左右，每12 h光照與非光照循環(huán)進(jìn)行，搖瓶振蕩2次/d，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
　　③吸附實(shí)驗(yàn)。使蛋白核小球藻和斜生柵藻培養(yǎng)液的初始銅濃度均為50 μg/L，使月形藻培養(yǎng)液含銅分別為50、100和200 μg/L，對(duì)其進(jìn)行24、48、96、120和144 h的培養(yǎng)后，分別取樣測(cè)定培養(yǎng)液中銅的濃度和三種藻的生長(zhǎng)情況。
　　④對(duì)照實(shí)驗(yàn)。用培養(yǎng)液分別配置50、100和200 μg/L的氯化銅溶液(不接種任何藻類)，在相同的條件下分別于24、48、96、120和144 h時(shí)取樣測(cè)定其銅的濃度作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
　　⑤藻生物量的測(cè)定。通過(guò)測(cè)定藻液的光密度(OD650 nm)來(lái)表示藻類的生長(zhǎng)狀況，并測(cè)定OD650 nm與其干重的關(guān)系。
　　⑥溶液中銅濃度的測(cè)定采用二乙氨基二硫代甲酸鈉萃取光度法^［4］。
　　⑦數(shù)據(jù)處理方法。利用實(shí)驗(yàn)得到的OD650nm與干重的關(guān)系計(jì)算每天藻類的干重以及對(duì)銅的吸附量，再根據(jù)《水生生物毒性實(shí)驗(yàn)方法》所提供的方法計(jì)算藻類對(duì)銅的濃縮系數(shù)(BCF)^［3］。

2　結(jié)果與討論

2.1三種綠藻的OD650 nm與干重的關(guān)系
　　三種綠藻的OD650 nm與其干重的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1　三種綠藻的OD650 nm與其干重的關(guān)系 蛋白核小球藻 斜生柵藻 月形藻 OD_{650 nm} 干重(mg/L) OD_{650 nm} 干重(mg/L) OD_{650 nm} 干重(mg/L) 0.095 30 0.05 26 0.05 24 0.185 58 0.097 56 0.099 53 0.313 108 0.155 90 0.147 74 0.396 134 0.205 111 0.195 96 　 　 0.254 164 0.245 123 　 　 　 　 0.298 148 注：OD_{650 nm}值用x表示，藻類干重用y表示。

　　對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到三種藻的OD_{650 nm}與干重的線性關(guān)系式。蛋白核小球藻為：y=343.46x-1.936；斜生柵藻為：y=617.97x-3.879；月形藻為：y=496.39x+0.676，3個(gè)方程的相關(guān)系數(shù)分別為0.998 1、0.984 4和0.999。
2.2　三種藻的吸附與生長(zhǎng)情況
　　三種藻對(duì)各種濃度銅的吸附和其生長(zhǎng)過(guò)程分別見(jiàn)圖1、2、3、和圖4。

　　　　　　　

　　由圖1可以看出，蛋白核小球藻在銅濃度為50 μg/L時(shí)，第1天處在生長(zhǎng)延遲期，在該階段內(nèi)BCF上升較快，迅速達(dá)到一個(gè)峰值(72 560)；緊接著蛋白核小球藻的生長(zhǎng)逐漸進(jìn)入對(duì)數(shù)期，一直延續(xù)到第4天左右，在該階段內(nèi)藻類生長(zhǎng)迅速，新陳代謝旺盛，然而B(niǎo)CF卻有所下降并形成一個(gè)低谷；第4天后該藻類生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期，BCF不斷回升，到第6天時(shí)達(dá)到105 530，甚至超過(guò)了第一個(gè)峰值72 560。圖2、3、4顯示出相類似結(jié)果，只是斜生柵藻在銅濃度為50 μg/L、月形藻在銅濃度為200 μg/L時(shí)，該濃度的銅對(duì)藻的毒性較大，從而使各生長(zhǎng)期滯后，這樣6 d內(nèi)BCF的后期回升未表現(xiàn)出來(lái)。
　　有文獻(xiàn)報(bào)道^［5］，藻類對(duì)重金屬的吸附過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，即藻類在對(duì)重金屬吸附的同時(shí)，也對(duì)已吸附的重金屬進(jìn)行解吸。主要原理是重金屬離子與藻細(xì)胞表面的含N、O、S的基團(tuán)相結(jié)合而被吸附^［6］，同時(shí)藻細(xì)胞進(jìn)行新陳代謝，釋放出蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)，這樣吸附其上的金屬離子也同時(shí)被釋放了出來(lái)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，藻類處在生長(zhǎng)延遲期時(shí)的細(xì)胞表面自由吸附點(diǎn)較多，故吸附能力較強(qiáng)，而此時(shí)細(xì)胞新陳代謝較弱，使得在該階段內(nèi)藻細(xì)胞的BCF上升較快；進(jìn)入生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期后，藻細(xì)胞生命活躍、新陳代謝較旺盛，在此階段會(huì)釋放出大量的蛋白質(zhì)、脂肪等，被吸附的銅離子也被解吸出來(lái)，使得該階段內(nèi)解吸過(guò)程占優(yōu)勢(shì)地位，BCF呈下降趨勢(shì)；藻類進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期后，新陳代謝又逐漸變?nèi)酰馕你~量少于被吸附的量，此后BCF逐漸回升。在實(shí)驗(yàn)中，由于銅對(duì)三種單細(xì)胞綠藻的毒性順序?yàn)樾鄙鷸旁澹镜鞍缀诵∏蛟澹驹滦卧?sup>［7］，所以斜生柵藻的各個(gè)生長(zhǎng)階段較蛋白核小球藻和月形藻延后，在6 d內(nèi)未能進(jìn)入生長(zhǎng)的穩(wěn)定期，從而B(niǎo)CF的回升未顯示出來(lái)，在銅濃度為200 μg/L下的月形藻也由于同樣的原因在6 d內(nèi)未顯示出BCF的回升。這一研究結(jié)果將對(duì)實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中準(zhǔn)確地確定反應(yīng)時(shí)間有一定幫助。

3　結(jié)論

　　蛋白核小球藻、斜生柵藻和月形藻在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期對(duì)銅有很強(qiáng)的解吸能力，而在穩(wěn)定生長(zhǎng)期的解吸能力變?nèi)酢?/p>

參考文獻(xiàn)：

　　［1］Geoffery Michael Gadd.Biosorption［J］.Chemistry & Industry,1990，2：421-426.
　　［2］Ray H Crist.Interactions of metals and protons algae［J］.Environ Sci Technol， 1988,22(7)：755-760.
　　［3］周永欣，章宗涉.水生生物毒性實(shí)驗(yàn)方法［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1989.
　　［4］國(guó)家環(huán)保局，《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第3版)［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1997.
　　［5］Han-bin Xue.The binding of heavy metals to algal surfaces［J］.Wat Res,1988,22(7):917-926.
　　［6］Fisher N S.On the reactivity of metals for marine phytoplankton［J］.Limnol Oceanogr,1986,31:443-449.
　　［7］張偉，閻海，吳之麗.銅抑制單細(xì)胞綠藻生長(zhǎng)的毒性效應(yīng)［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2001,21(1):4-7.

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　　作者簡(jiǎn)介：吳之麗(1940-)，女，江蘇人，教授，主要從事污水生物處理方面的研究。
　　電　　話：(010)66359124　　13611168569
　　E-mail:21hope@263.net
　　收稿日期：2001-07-30